Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
78
Добавлен:
15.06.2014
Размер:
476.67 Кб
Скачать

Смежные базисные функции

i-1

ui-1

i

i+1

 

uk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi-1

 

 

xi

 

xi+1

 

 

 

 

 

 

uN ( x) u ( x) ... u

 

i 1

( x) u

( x) u

 

( x) ... u

N

 

N

( x)

1 1

i

1

 

i i

i 1 i 1

 

 

 

06/25/19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

Первый член (продолжение)

N

 

b

 

k i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uk g( x)

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

i 1

i

 

 

 

 

 

xi 1

 

i

i dx

 

xi 1

 

i 1

i dx

u

 

 

g( x)

dx u

 

g(x)

u

 

g(x)

 

 

 

i 1

 

 

x

x

 

 

 

 

i

 

x x

 

 

i 1

 

x

x

u

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

xi

g( x)( 1 ) 1 dx u

xi 1

g( x) 1 1 dx u

xi 1

g( x) 1 ( 1 )dx

 

i 1

 

 

 

h h

 

 

 

 

 

 

 

 

h h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

h

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

1

 

xi

 

 

 

 

 

1

xi 1

 

 

 

1

xi 1

 

 

 

 

 

 

ui 1

g( x)dx ui

 

g( x)dx ui 1

 

g(x)dx

 

 

 

 

2

2

2

 

 

 

 

 

h

x

 

 

 

 

 

h

 

x

 

 

 

 

h

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

06/25/19

12

Первый член (продолжение)

• Обозначим .

 

g

1 xi

gdx ; g( x

); g

 

 

1 xi 1

gdx ; g( x )

 

i 1/ 2

h x

i 1/ 2

 

i 1/ 2

 

h x

i 1/ 2

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

i

 

получим

 

 

 

 

 

 

b x 0

g( x)

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

g

i 1/ 2

 

 

 

 

g

i 1/ 2

g

i 1/ 2

 

 

g

i 1 / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( x)dx

 

u

 

 

 

 

u

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

i 1

x

 

 

h

 

 

 

h

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

06/25/19

13

3) Второй член дифференциального оператора

b

 

 

N

 

 

 

 

 

N

 

 

b

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q( x) u

 

 

( x)dx

 

 

u

k

q( x)

 

( x)dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

i

 

 

 

 

 

 

 

 

x

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

q( x)

i 1

 

dx u

 

 

 

q(x)

i

 

dx u

 

 

 

q(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

u

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

xi

q( x)( 1 ) x xi 1 dx u

xi 1

q( x) i dx u

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

h

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

 

 

i 1

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислив приближенно интегралы, получим

i 1 idxx

q( x) 1 xi 1 x )dx h h

b

uN

( x)dx ;

 

 

q( x

)

 

q( x

) q( x

)

 

 

q( x

)

q( x)

 

 

u

 

i 1/ 2

 

u

i 1/ 2

i 1 / 2

 

 

u

i 1/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

i

 

i 1

2

 

i

 

2

 

 

i 1

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

06/25/19

14

Смежные базисные функции

i-1

i

 

i+1

 

xi-1

xi

xi+1

06/25/19

15

4)Третий член дифференциального оператора

b

 

N

 

 

 

 

N

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

i

 

 

 

 

 

i

( x)dx

u

p( x)

 

( x)dx

p( x)u

 

 

 

 

 

( x)

0

 

 

 

 

 

 

k 1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

xi 1

ui 1 p( x) i 1 idx ui

 

p( x) i idx

ui 1

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

xi

 

xi

 

 

xi x

 

x xi 1

 

 

xi 1

p( x) 2dx

u

 

p( x)

 

 

dx u

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

h

h

 

 

 

i

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi 1

 

 

 

 

Вычислив приближенно интегралы, получим

p( x) i 1 idx

 

 

 

 

xi 1

 

x xi

 

xi 1 x

 

ui 1

 

p( x)

h

 

h

)dx

 

 

 

 

xi

b

N

 

 

 

 

hp( x

)

 

h q( xi 1/ 2 ) q( xi 1/ 2 )

 

 

 

hq( x

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1/ 2

 

 

 

 

 

 

i 1/ 2

 

p( x)u

 

 

( x)dx u

 

 

u

 

u

 

 

 

6

 

3

6

 

 

 

i

 

i 1

 

i

 

i 1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

06/25/19

16

Сложив и приведя подобные члены, получаем конечно-разностную схему

aiui 1 biui ciui 1 di , i 2...n,

u1 ,

u

N .

a gi 1/ 2

 

qi 1/ 2

hpi 1/ 2

 

 

 

i

h

 

2

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c gi 1/ 2

 

qi 1/ 2

 

hpi 1/ 2

 

 

 

i

h

 

 

2

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

gi 1/ 2 gi 1/ 2

 

qi 1/ 2 qi 1/ 2

 

h( pi 1/ 2 pi 1/ 2 )

 

 

 

i

h

2

3

 

06/25/19

17

Решение двухмерной задачи на треугольной сетке

Задача Дирихле

 

 

u

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

g

 

g

f

u

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

y

 

 

Г

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

06/25/19

18

Решение ищем в виде разложения по финитным функциям, привязанным к узлам

треугольной сетки

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uN

uk k (x, y)

 

 

k ,k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

2

(xy), (xy)

 

 

 

 

,

 

 

 

1

 

k ,k1,k2

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...........................................

 

 

 

k

 

 

 

,k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m 1

m (xy), (xy)

 

 

 

,

 

(xy)

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

k ,km 1 ,km

 

 

 

k

 

,k

 

 

(xy) k ,k

 

,k ,

 

 

k m

1 (xy),

 

 

 

 

 

 

 

xy

.

 

 

m

 

1

 

 

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

kij 1 kij ( x xk ) kij ( y yk ).

06/25/19

19

Финитная функция на треугольных конечных элементах

определим кусочно-линейную функцию

kij (xy)

, которая в

 

 

точке Pk равна единице, а в точках Pi, Pj равна нулю

 

 

 

1

x x

 

y y j

 

 

 

 

 

x

 

i

y

y

 

 

 

 

 

 

ij

 

x

 

 

1 ij ( x x ) ij ( y y

 

).

 

 

j

i

 

i

 

j

k

k

x

 

 

x

 

yk y j

k

k

k

 

1

k

 

 

 

 

 

 

x

i

y

y

 

 

 

 

 

 

 

 

j

x

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

i

 

 

 

 

 

 

kij

ij

; kij

ij

k

k

 

x

 

y

06/25/19

20